王文超　杜彥禮

【摘 要】河南核凈潔凈技術(shù)有限公司自主研發(fā)的田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯是一種新型的高效過(guò)濾器濾芯，通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研制實(shí)現(xiàn)了該類型過(guò)濾器的國(guó)產(chǎn)化，并降低該類型過(guò)濾器濾芯的采購(gòu)成本，同時(shí)也填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該類型產(chǎn)品的空白。

【關(guān)鍵詞】核安全3級(jí)；自主研發(fā)；填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白

1 主要用途與背景介紹

1.1 主要用途

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯主要用于田灣核電站一回路儲(chǔ)罐排氣凈化系統(tǒng)，其功能為將含有放射性液體廢物的儲(chǔ)罐所排氣體中的放射性氣溶膠凈化處理至低于限定值。

1.2 背景介紹

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯原為俄供產(chǎn)品，存在采購(gòu)價(jià)格較高，供貨周期長(zhǎng)，缺少配套技術(shù)服務(wù)等問(wèn)題，產(chǎn)品采購(gòu)受制于國(guó)外廠家。通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研制降低該類型過(guò)濾器濾芯的采購(gòu)成本，并實(shí)現(xiàn)該類型過(guò)濾器的國(guó)產(chǎn)化，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的空白。

2 產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)要求

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.1 設(shè)備分級(jí)

安全等級(jí)：核安全3級(jí)

質(zhì)保等級(jí)：QA2

抗震等級(jí)：抗震Ⅱ類

2.1.2 環(huán)境條件

溫度：15～45℃

相對(duì)壓力：-50Pa

相對(duì)濕度：≤90%

體積放射性活度：≤0.1×106Bq/l

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高效過(guò)濾器濾芯主要由上下端蓋、支撐桿、預(yù)過(guò)濾濾芯、高效濾芯、排水口、密封墊等組成。上下端蓋通過(guò)支撐桿連接，保證整體剛性；采用兩級(jí)過(guò)濾，預(yù)過(guò)濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長(zhǎng)高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過(guò)濾面積，保證過(guò)濾器整體通風(fēng)量，延長(zhǎng)過(guò)濾器壽命。下端蓋上設(shè)置有排水口，可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水。

3 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯研制的關(guān)鍵技術(shù)有以下三個(gè)方面：

3.1.1 高效過(guò)濾器整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

原俄供高效過(guò)濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。在滿足系統(tǒng)風(fēng)量要求的前提下，優(yōu)化過(guò)濾器整體結(jié)構(gòu)，減小過(guò)濾器尺寸，減輕過(guò)濾器重量，滿足抗震要求，同時(shí)改進(jìn)過(guò)濾器安裝方式，滿足原設(shè)備接口要求，是本項(xiàng)目過(guò)濾器設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.1.2 濾芯設(shè)計(jì)

濾芯材質(zhì)及結(jié)構(gòu)直接影響過(guò)濾器的效率、阻力、容塵量、使用壽命等關(guān)鍵指標(biāo)，濾材的選型，濾材的成形、密封工藝，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.1.3 排水口濾材選型

排水口的功能要求為：既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過(guò)濾氣溶膠，保證整機(jī)的過(guò)濾效率。在之前的過(guò)濾器產(chǎn)品中從未涉及到該結(jié)構(gòu)，沒(méi)有相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。選擇什么樣的排水口濾材來(lái)保證排水口的功能要求，是本項(xiàng)目的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

3.2 技術(shù)難點(diǎn)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯研制的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面：

3.2.1 濾芯設(shè)計(jì)

常規(guī)核電通風(fēng)高效過(guò)濾器使用壽命不超過(guò)1年，本項(xiàng)目中要求過(guò)濾器設(shè)計(jì)壽命為在正常工況下，未使用過(guò)的濾芯安裝在系統(tǒng)中使用1.5年后，其阻力不超過(guò)1.0kPa，過(guò)濾效率不低于99.9%（熒光素鈉法）。

為保證過(guò)濾器壽命，主要采取了兩方面措施：第一，增加高效濾紙過(guò)濾面積，增大容塵量；第二，增設(shè)預(yù)過(guò)濾段，濾除大顆粒物質(zhì)，延長(zhǎng)高效濾紙壽命。在預(yù)過(guò)濾段濾材的選型上，我們采用理論數(shù)據(jù)分析與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，最終選定20μm不銹鋼燒結(jié)氈作為預(yù)過(guò)濾濾材，整體初始阻力達(dá)到了理想的效果。

3.2.2 排水口設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中過(guò)濾器使用環(huán)境濕度較大，需設(shè)置排水口，其功能要求為：既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過(guò)濾氣溶膠，保證整機(jī)的過(guò)濾效率。該結(jié)構(gòu)在之前的過(guò)濾器設(shè)計(jì)中從未涉及。

為實(shí)現(xiàn)排水口功能，我們篩選了多種濾材。常規(guī)的玻璃纖維高效濾紙常壓下不具有透水性，而效率相對(duì)較低的玻纖氈、玻纖紙和玻璃棉透水性較好。通過(guò)進(jìn)一步的試驗(yàn)玻纖氈和玻纖紙無(wú)論采用什么樣的填充方法，對(duì)氣溶膠的過(guò)濾效率均不能滿足要求，而玻璃棉對(duì)氣溶膠的過(guò)濾效率可滿足高效過(guò)濾器的要求。最終我們選定玻璃棉為排水口內(nèi)的填充濾材。

4 創(chuàng)新性與先進(jìn)性

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

田灣核電站KPL3系統(tǒng)高效過(guò)濾器濾芯國(guó)產(chǎn)化研制項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)主要有以下四點(diǎn)：

1）優(yōu)化了高效過(guò)濾器結(jié)構(gòu)

原設(shè)備尺寸較大，重量較重，安裝方式較為繁瑣，需借助安裝框架將過(guò)濾器固定密封在罐體中，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度及安裝更換所需空間較大；優(yōu)化后的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)減小了過(guò)濾器尺寸，減輕了過(guò)濾器重量，安裝更換更為便捷，減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了工作時(shí)間。

2）過(guò)濾器與法蘭連接設(shè)置不脫出螺栓

過(guò)濾器上端蓋與法蘭的連接采用不脫出螺栓，避免了安裝更換過(guò)程中螺栓脫落，降低了操作風(fēng)險(xiǎn)。

3）過(guò)濾器濾芯設(shè)置兩級(jí)過(guò)濾

過(guò)濾器采用兩級(jí)過(guò)濾，預(yù)過(guò)濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長(zhǎng)高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過(guò)濾面積，保證過(guò)濾器整體通風(fēng)量，延長(zhǎng)過(guò)濾器壽命。

4）過(guò)濾器底部設(shè)置排水口結(jié)構(gòu)

原俄供高效過(guò)濾器排水口設(shè)置在安裝框架的下法蘭上，過(guò)濾器本身不帶有排水功能。本項(xiàng)目中將排水口與過(guò)濾器設(shè)計(jì)為一體，排水口設(shè)置在過(guò)濾器底部，排水口內(nèi)填充玻璃棉作為濾材，既可排出腔體內(nèi)的凝結(jié)水，又能過(guò)濾氣溶膠，保證整機(jī)的過(guò)濾效率。

4.2 先進(jìn)性

本項(xiàng)目研制的高效過(guò)濾器，其先進(jìn)性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）過(guò)濾效率、初阻力性能優(yōu)良

技術(shù)規(guī)格書要求過(guò)濾效率同時(shí)滿足0.3μm計(jì)數(shù)法≥99.97%及熒光素鈉法≥99.9%，初阻力<0.325Pa。樣機(jī)實(shí)測(cè)過(guò)濾效率達(dá)0.3μm計(jì)數(shù)法99.995%以上，熒光素鈉法99.995%，初阻力<0.12Pa，明顯優(yōu)于技術(shù)規(guī)格書所要求的性能參數(shù)。

2）優(yōu)化過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，便于安裝更換

原俄供高效過(guò)濾器濾芯尺寸較大，重量較重，安裝更換操作不便。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)過(guò)濾器尺寸更小，重量更輕，安裝方式更合理，便于人員操作，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）兩級(jí)濾芯設(shè)計(jì)，使用壽命更長(zhǎng)

本項(xiàng)目過(guò)濾器濾芯設(shè)計(jì)為預(yù)過(guò)濾濾芯及高效濾芯，預(yù)過(guò)濾采用金屬燒結(jié)氈，可去除氣溶膠中的大顆粒物質(zhì)，延長(zhǎng)高效濾紙壽命；高效濾芯采用密褶型玻璃纖維紙，結(jié)構(gòu)更加緊湊，相同尺寸可達(dá)到更大的過(guò)濾面積，保證過(guò)濾器整體通風(fēng)量，延長(zhǎng)過(guò)濾器壽命。

5 應(yīng)用和效益

田灣核電站KPL3系統(tǒng)現(xiàn)有高效過(guò)濾器為俄羅斯進(jìn)口產(chǎn)品，產(chǎn)品采購(gòu)受制于國(guó)外廠家。本項(xiàng)目的順利研發(fā)打破國(guó)外廠家的壟斷局面，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)自主供貨的空白，在核電快速發(fā)展的道路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。

初步估算，該濾芯的成功研制，大大降低濾芯采購(gòu)成本，采購(gòu)價(jià)不超過(guò)1.5萬(wàn)元人民幣/臺(tái)，采購(gòu)周期3個(gè)月，降低濾芯庫(kù)存數(shù)量，避免長(zhǎng)期存放導(dǎo)致的失效問(wèn)題。田灣1、2、3、4號(hào)機(jī)組KPL3系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)化濾芯可節(jié)約采購(gòu)費(fèi)用約1650萬(wàn)元。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]